Aluminium nitride keramische substraten hebben een extreem hoge thermische geleidbaarheid, hoge elektrische isolatiesnelheid en thermische expansie -eigenschappen vergelijkbaar met die van halfgeleidermaterialen zoals siliciumwafels. Ze worden veel gebruikt in de elektronische verpakkingsindustrie.
De marktleider in aluminium nitride grondstofpoeder is Tokuyama Corporation van Japan. Het heeft een jaarlijkse output van 840 ton aluminium nitridepoeder en is goed voor ongeveer 75% van het wereldwijde marktaandeel. Tokuyama gebruikt voornamelijk de carbothermische reductiemethode om aluminium nitridepoeder met hoge zuiverheid te produceren en te bereiden.
De voordelen van de carbothermische reductiemethode zijn dat deze een breed scala aan grondstoffen (AL2O3) kan gebruiken en tegelijkertijd stabiele procescontrole kan bereiken. Het procesprincipe van de carbothermische reductiemethode is als volgt: wanneer de uniform gemengde AL2O3 en C worden verwarmd in een N2 -atmosfeer, wordt Al2O3 eerst verminderd en vervolgens reageert het resulterende product Al met N2 om ALN te genereren. De chemische reactieformule is AL2O3 (S) + 3C (S) + N2 (G) → 2Aln (S) + 3Co (G). Deze methode heeft een eenvoudig proces, hoge poederzuiverheid, kleine deeltjesgrootte en uniforme verdeling. De synthesetijd is echter lang, de nitridetemperatuur is relatief hoog en overmatige koolstof moet na de reactie worden verwijderd. Als de koolstofverwijdering niet grondig is en het resterende koolstofgehalte in het aluminiumnitridepoeder te hoog is, heeft het een grote impact op de poederprestaties. Tokuyama's H-grade poeder kan het resterende koolstofgehalte regelen op ≤ 280 ppm, en het G-grade poeder kan het regelen op ≤ 200 ppm.
Overmatig resterende koolstofgehalte heeft de volgende belangrijke effecten op keramische substraten van aluminiumnitride:
Impact op het sinterproces: tijdens het sinterproces van aluminium nitride -keramiek zal het resterende koolstofgehalte de verdichtingsgraad en de microstructuur van het gesinterde lichaam beïnvloeden. Een te hoog residueel koolstofgehalte kan leiden tot het verschijnen van gaten of scheuren in het gesinterde lichaam, waardoor de mechanische eigenschappen en thermische stabiliteit van het materiaal worden verminderd.
Impact op de thermische geleidbaarheid: het bestaan van het resterende koolstofgehalte heeft direct invloed op de thermische geleidbaarheid van aluminiumnitride -keramiek. Omdat de thermische geleidbaarheid van koolstof veel lager is dan die van aluminiumnitride, zal een toename van het resterende koolstofgehalte leiden tot een afname van de totale thermische geleidbaarheid van aluminiumnitride -keramiek.
Impact op mechanische eigenschappen: het resterende koolstofgehalte zal ook invloed hebben op de mechanische eigenschappen van aluminium nitride -keramiek, zoals buigsterkte en breuktaaiheid. Experimentele studies hebben aangetoond dat naarmate de temperatuur afneemt, de buigsterkte en breuktaaiheid van aluminiumnitride -keramiek die een geschikte hoeveelheid resterende koolstof bevat, tot op zekere hoogte zal toenemen. Als het resterende koolstofgehalte echter te hoog is, kan dit leiden tot spanningsconcentratie in het materiaal en vervolgens de mechanische eigenschappen verminderen.
Impact op elektrische eigenschappen: voor applicatievelden die een hoge elektrische isolatie vereisen, kan het bestaan van het resterende koolstofgehalte de elektrische isolatieprestaties van aluminiumnitride -keramiek verminderen. Omdat koolstof zelf een geleidend materiaal is, zal een een te hoog residueel koolstofgehalte de elektrische geleidbaarheid van het materiaal vergroten, waardoor de toepassing ervan in het elektronische veld wordt beïnvloed.
